钢构拱门式斜塔斜拉桥主塔施工技术研究.docx
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钢构拱门式斜塔斜拉桥主塔施工技术研究
钢构拱门式斜塔斜拉桥主塔施工技术研究
摘要:
本文通过对钢拱门式斜拉桥的施工,主要对钢拱门的制作、拼装、整体竖转的施工技术进行研究,通过施工实际应用,认为钢拱门主塔地面拼装、整体竖转施工技术等技术成功运用,尤其是地面拼装、整体竖转技术中的铰链设计与定位、承重塔设计与施工、钢塔竖转受力体系平衡及千斤顶同步控制技术等核心技术的应用为今后类似工程施工积累了丰富的经验。
关键词:
钢拱门主塔施工技术研究
1工程简介
浐灞河2#桥是一座横跨灞河大桥,大桥由主桥和引桥两部分组成。
引桥为两联七跨35m预应力混凝土现浇箱梁;主桥为拱门式独塔斜拉桥,主跨梁和主塔为钢箱结构,主跨长145m,边跨为48+42m
预应力混凝土现浇箱梁,桥宽29.8m。
全桥设2X21对索,共84根,为空间索面,主桥为半漂浮体系。
2工程特点
2.1施工场地常年有水、施工条件差
由于下游水坝水闸高程较高、放水流量有限,且经常蓄水和上游水坝泄洪,桥位处水深保持在1-3m。
现浇梁、钢箱梁、钢塔均在支架上完成,材料和构件数量多、单件重量大。
因此支架搭设、材料和
构件的运输、构件吊装以及基础施工难度加大
2.2主桥结构形式特别,质量要求高。
主桥为拱门式独塔斜拉桥,两侧不等跨,主塔为拱门式,塔高地面以上近90m,和水平地面成75度角。
钢塔安装后塔身倾斜度偏差要求控制在塔高1/3000以内,且不大于30mm;塔顶高程控制在±0mm以内;斜拉索锚具轴线偏差控制在±0mm以内。
2.3工期短,工序多,交叉平行作业多。
按工序最多和工作量最大的8#主墩来排,合理工期要18-20个月,加上2007年雨水多和人为蓄水原因导致工期特别紧张。
为了确保按期完成,钢箱梁拼装、钢塔拼装及承重塔安装,承重塔拆除、混凝梁施工等都必须采取上下平行、交叉作业,大大加大了施工组织和安全管理难度。
3主要方案比选
主塔施工方案比选
浐灞河2#桥主塔施工是本桥施工的关键部位,根据现场实际情况主要对以下两种方案进行比选:
3.1方案一:
分节段吊装施工方案
本方案是钢结构安装最常用的方案,安装高度在40m以内、构
件重量不超过50t采用本方案最经济。
但本桥钢塔节段吊装高度最高为垂高90m左右,单节重量40-70t,钢塔本身和水平地面呈75度角,且河床面层为2-3m厚淤泥。
采用本方案主要有以下缺点:
(1)由于吊装高度高、单节重量重,需用特殊的吊装设备,造成费用过大。
(2)地质条件差,处理吊装设备基础费用大。
(3)吊装作业施工安全隐患多。
(4)钢塔安装质量要求高,节段吊装焊接质量不容易控制。
(5)钢塔安装精度要求高,节段吊装定位难度大,线形、锚箱位置得不到保证。
(6)节段吊装不定因素多、节段吊装焊接耗时长。
3.2方案二:
整体竖转施工方案
整体竖转方案是在竖转体根部设置铰链,通过支点施加牵引力将竖转体转到安装位置。
转体技术近些年在国内应用比较广泛,它最大的优点是无需特殊吊装设备。
根据本工程特点和施工条件,钢塔采用竖转施工有以下优点:
(1)钢塔在水平支架上拼装,有利于焊接施工,焊接质量有保证。
(2)钢塔在水平支架上拼装,有利于节段定位,线形、锚箱位置容易控制。
(3)钢塔在水平支架上拼装,有利于降低劳动强度,节段焊接中期短,减少定位时间。
不利的方面一个是需搭设一竖转承重塔,承重塔的质量要求标准高;二铰链安装进度要求特别高,否则钢塔竖转到位后位置得不到保
证。
综合上述比选,方案2明显优于方案1,因此本项目的钢塔施工采用方案2做为钢塔的最终施工方案。
4主要施工难点及关键技术
4.1竖转承重塔设计与施工
本桥主塔总重1621t,竖转部分重1500t,主塔采用竖转施工方案。
竖转施工必须具备的一个条件是牵引端高于转体支点位置,现场必须
专门搭设一个竖转承重塔。
竖转承重塔承受的竖向荷大,且塔身挠度、倾斜度、牢固性都有相当高的要求。
因此竖转承重塔设计与施工直接关系到竖转的成败。
4.2斜拉桥索塔锚箱一次性定位技术
全桥共有拉索84根共168个锚箱需要定位,锚箱定位精度要求高、定位难度大,尤其是钢结构部分锚箱。
本工程钢结构部分锚箱均和构件在厂内制作完成,现场仅能通过节段的微量调整在顺桥向调整,锚箱自身没有可调余地。
斜拉桥索塔锚箱一次性定位技术研究是技术研究领域的新课题。
4.3钢塔竖转受力体系平衡及千斤顶同步控制技术
钢塔竖转施工三个核心技术是体系平衡、同步、铰轴同心。
受力体系平衡尤其是承重塔受力平衡是关键中的关键,它直接牵涉到承重塔失稳问题,承重塔一旦失稳意味着塔身坍塌。
本次竖转共设牵引千斤顶六台,平衡千斤顶四台,无论是牵引千斤顶还是平衡千斤顶一旦在施力过程中出现不同步问题,将有可能导致竖转不能顺利进行,甚至导致个别点受力过大,钢绞线拉断、承重塔塔身扭曲等安全事故。
因此钢塔竖转受力体系平衡及千斤顶同步控制技术研究是本工程的一个重要研究课题。
4.41600t主塔竖转铰链设计与定位精确控制
竖转铰链设计与定位是竖转施工的又一核心技术,竖转体是通过铰链转动来实现就位的。
本次竖转钢塔重量约为1500t,铰链的设计
和定位直接影响主塔竖转和竖转后位置的准确度,铰链设计不仅光洁度要满足要求,而且强度、刚度必须满足荷载要求。
本桥主塔为拱门结构,两个塔根部各设一个铰链。
同心”就是指两铰链的轴线在同一
直线上且这条这直线和横桥向平行。
两条轴线不同心或不和横桥向平行轻则竖转到位的主塔出现偏位或扭曲,重则竖转无法进行。
所以说铰链的设计与安装直接关系到钢塔竖转实施,铰链的设计与定位研究是钢塔竖转实施的重要保证措施。
竖转铰轴定位见图片3。
5主要施工方案
5.1总体方案
浐灞河2#桥主桥是一座钢混结合的斜拉桥,桥底为灞河主河道,
河道淤泥层在2-3m,两边河岸为开发用地。
经过反复的研究和论证,最后确定主跨钢箱梁在厂内完成节段加工,现场用军用墩和军用梁搭设门式支架,然后在支架上拼装;边跨混凝土现浇箱梁采用钢管支墩和贝雷梁搭设门式支架,在支架上完成混凝土浇注;主塔在厂内进行节段加工,在现场塔的投影位置用军用支墩和军用梁搭设支架,支架
高度根据铰链设置高度确定,在支架上将节段拼成拱,在主墩上搭设一竖转承重塔,利用承重塔将主塔竖转至安装位置。
5.2钢结构制作与安装方案
全桥钢结构总重约4500t,如果在现场制作须将设备拆运到现场重新安装、调试,且现场不具备场地条件,最终我们从成本和制作质量考虑,选择节段厂内制作,现场搭设支架拼装。
钢塔在支架上拼装好后,竖转到安装位置。
5.3主塔竖转施工方案
主塔竖转施工时本桥重难点工程,也是本桥的控制性工程。
本桥主塔竖转施工目前在国内同类型中竖转重量属于前列。
由于主塔高度
地面以上90m,和水平地面呈75。
c,单节段重量在40-70t,对起重设备的各性能要求高、施工周期也长。
经反复认证研究、比选,最后确定地面拼装、整体竖转施工方案,方案确定后又组织专家对方案进行认证分析、优化完善。
地面拼装、整体竖转方案既节约施工成本又大大缩短了施工时间,而且钢塔焊接、安装质量优良,位置准确性高。
米用本方案圆满的完成主塔安装施工。
6方案实施
6.1钢结构的制作与安装
浐灞河2#桥钢结构施工集中于7#、8#桥墩间钢箱桥和钢索塔的施工。
由于钢塔为15°斜塔,故此钢塔结构安装在整体钢结构施工中成为重点和难点。
通过方案的比较,选定钢塔安装就位采用竖转方法,钢塔地表拼装焊接成整体后采用竖转方法安装到位。
在钢塔进行拼装
焊接的同时,进行钢桥段的安装。
主塔厂内制作
钢塔结构总重量约为1621t,墩顶以上安装垂直高度78m,塔身倾斜75°钢塔线形为椭圆形,塔身的自重所产生的根部弯矩约为1200tm。
结合钢塔结构形式考虑安装的工期、质量及成本分别提出两套备选方案进行比较,一种是直接进行节段焊接,另一种是先在地面搭设支架平台焊接成塔后再整体竖转。
钢塔吊装现场
6.2承重塔设计与安装
承重塔设计与安装是竖转必须解决的一个技术难题,它所承受的
垂直荷载在1000t以上,抗风载9级,在满荷载情况下塔顶最大偏斜
不得超过120mm
起重塔布置在主墩中部,充分利用主墩的竖向承载力。
起重塔共采用65式铁路军用墩及垫梁约810t。
承重塔全景图
6.3主塔的竖转
浐灞河2号桥钢塔总重量约为1621t,分49个节段,安装垂直高度78m,塔身倾斜75°钢塔线形为椭圆形,塔体结构为箱型结构。
其中竖转部分重量约为1500t,该类型塔身结构在国内属首例,竖专重量也属前列。
本方案重难点技术简单的说就是同心、同步、平衡以及竖转承重塔设计。
同心问题利用最简单的三点一线方法来控制;同步问题将提
升的六个千斤顶泵站连通,并用一台自动控制台进行控制;平衡问题是在竖转过程中通过对竖转承重塔塔顶位移进行测量监控,提升控制台根据测量数据通过调整后锚千斤顶来实现;塔身的设计根据模拟受
力和建立相应模块并通过计算来进行,在竖转过程中设置感应片测量承重塔的杆件应力使用情况,为竖转过程提供数据。
完成合拢口的焊接后进行后背索的转换。
即将钢塔一一起重塔
――地锚的受力体系转化成钢塔一一地锚的受力体系。
7研究及试验方法
浐灞河2号桥的主塔竖转施工是全桥施工的重难点,施工技术含
量高。
竖转法施工是不允许失败,要求各个环节不允许有任何差错。
我们针对竖转施工的特点结合技术难点,在科技攻关小组和专家的严密组织和指导下,有针对制定了各个关键环节的施工试验程序,确定
了试验研究课题,并适时开展试验工作为施工安全有效进行提供保障依据。
竖转施工必须进行的重要试验如下:
7.1空载试验
整个竖转系统安装完成后,为保证系统各个设备、线路安装正确,对系统进行一次试运转,也就是空载试验。
空载试验由功能检验、空载压力测定和油缸泄漏检验三个项目组成,它们各自有自己的检测内容、目的和测试方法。
7.2负载试验
负载试验主要是检验系统在满荷载甚至超载运转的情况下,各部件的各种功能是否满足应要求,它包括满负载试验、耐久性考核检验、同步试验和耐压试验。
7.3应急试验
应急试验主要是检验系统在竖转实施过程中,发生一些突发事件时系统是否安全,它主要包括油管破裂、手动误操作、电磁干扰和断电安全性等试验。
8结论
在本桥施工中高空吊装作业是安全施工发生的潜在源头,选用地
面拼装、整体竖转施工方案,大大减少了高空吊装作业工作量,整体竖转施工技术是一种成熟的施工技术,而且拼装作业全部集中于地表,安全防护工作易于组织,构件组对由于采用履带吊作业更加便利、安全。
通过本桥施工,主塔地面拼装、整体竖转、锚箱一次定位技术和大体积混凝土冬季施工等技术成功运用,尤其是地面拼装、整体竖转技术中的铰链设计与定位、承重塔设计与施工、钢塔竖转受力体系平衡及千斤顶同步控制技术等核心技术的应用为今后类似工程施工积累了丰富的经验。
参考文献
[1]王淼,顾萍•预制主梁现浇道床板的槽形梁研究[J].同济大学学报(自然科学版),2003年07期.
[2]唐相彦,陈多硕宝鸡代家湾大桥施工进入关键阶段[N].中国交通报,2007年.
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- 关 键 词:
- 拱门 斜塔 斜拉桥 施工 技术研究